특허 개요
본 특허는 전압 조건에 따라 빛 신호의 방향과 세기를 조절하는 양방향 광 응답 광 검출기입니다. 제1 전극, 제1 전하 수송층, 광 활성층, 제2 전하 수송층, 제2 전극을 수직으로 적층하고, 평면이종접합(PHJ) 기반 P-N-P 또는 N-P-N 구조에서 전압 극성에 따라 빛으로 생성된 전하가 양측 전하 수송층 중 한쪽을 선택적으로 통과하도록 합니다. 이에 따라 광전류 방향을 전환하고 전압 크기 및 입사 조도에 따라 출력량을 조절합니다.
- 핵심 기능
광 활성층이 빛을 흡수해 생성한 전자와 정공은 인가 전압의 극성에 따라 서로 다른 전하 수송 경로로 이동하며, 광전류의 방향이 바뀝니다. 전압 크기와 입사 조도를 조절하면 광전류 출력량을 조절할 수 있어 단일 광 검출 소자에서 가변 광 응답을 구현합니다.
- 차별 강점
종래 포토다이오드는 주로 역방향 전압에서 한 방향의 광전류를 검출하고, 전압 크기에 따른 광전류 제어 범위가 제한적이었습니다. 본 기술은 양측 전하 수송층과 중앙 광 활성층의 적층 접합을 이용해 전하 수송 경로를 선택함으로써, 광전류 방향 전환과 출력량 가변을 함께 구현하는 점이 차별점입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 머신 비전용 이미지 센서, 센서 내 이미지 후처리, 집적형 광 검출 소자, 초박형·유연 광전자 플랫폼 및 광 분석 시스템에 활용 가능합니다. 사업 측면에서는 카메라 모듈, 산업용 검사 장비, 광 계측 장비, 웨어러블 전자기기 및 유연 센서 제품으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
ITO/TAPC/C70/TAPC/Ag P-N-P 적층 광 검출기를 대상으로 전압-전류 특성, 입사 조도별 광 응답, 응답 속도를 평가했습니다. 서로 다른 전압 극성에서 광전류 방향이 달라지고, 전압 크기 및 입사 조도에 따라 출력량이 변화하는 특성을 확인했으며, 대면적 제조·장기 안정성·이미지 센서 집적 성능은 추가 검증이 필요합니다.
- 시료: ITO/TAPC/C70/TAPC/Ag P-N-P 양방향 광 검출기
- 비교 소자: ZnO/PM6:Y7/TAPC/산화몰리브덴/Ag 종래 포토다이오드
- 평가 조건: 입사 조도 21μW/cm²～1.2mW/cm², 동작 전압 -1V～1V
- 비교 광원 조건: 백색광 AM 1.5G 100mW/cm²
현재 성과
서로 다른 전압 극성에서 서로 다른 방향의 광전류를 출력했으며, 입사 조도가 높아질수록 광전류 출력량이 선형적으로 증가했습니다. 전압 크기가 커질수록 광전류 출력량도 증가하는 특성을 확인했습니다.
ITO/TAPC/C70/TAPC/Ag P-N-P 적층 소자를 대상으로 전압-전류 특성, 조도별 광 응답 및 시간 응답을 평가했습니다. 입사 조도 1.2mW/cm²와 1V 조건에서 상승 시간과 하강 시간을 측정했으며, -1V 조건에서는 상승 시간 18.1ms 및 하강 시간 0.4ms를 확인했습니다.
종래 포토다이오드는 한 방향 전압에서 전류 밀도를 나타내는 반면, 본 기술은 P-N-P 또는 N-P-N 평면이종접합 적층으로 전압 극성에 따른 선택적 전하 수송을 구현합니다. 광전류의 방향 전환과 출력량 제어를 하나의 수직 적층 소자에서 구현하는 구성이 핵심 차별점입니다.
상용화까지 남은 부분
대면적 소자 제조 공정과 면적 확대에 따른 광 응답 균일성 검증
유연 플랫폼 적용 시 반복 굽힘 환경에서의 내구성 및 전기·광 특성 안정성 검증
장기 구동 안정성, 환경 신뢰성 및 실제 이미지 센서 집적 환경에서의 성능 실증
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
광 검출기 및 이의 제조 방법
10-2024-0112011 (2024.08.21)
1020260028216 (2026.03.04)
미등록 (심사 중)
유승협, 한상인, 박상훈
한국과학기술원